专利名称：高电位梯度氧化锌压敏电阻片及其制法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种氧化锌压敏电阻片及其制法和应用，特别是用于电力系统、高速铁路等领域的高电位梯度氧化锌压敏电阻片及其制法和应用，属于电子功能材料技术领域。
背景技术：
氧化锌避雷器具有保护特性好、吸收过电压能量大、耐污秽特性好、结构简单等优点，被广泛应用于电力系统中作为浪涌吸收和过电压保护装置。目前，传统生产的ZnO压敏电阻片的电位梯度仅为200V/mm左右，随着我国超高压、特高压输变电技术和高速铁路的发展，对作为避雷器核心元件的ZnO压敏电阻片的安全性、可靠性和小型化提出了越来越高的要求。因此，研发高电位梯度、小型化和大通流容量的ZnO压敏电阻片成为国内外亟待解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高电位梯度氧化锌压敏电阻片及其制法和应用。本发明所提供的ZnO压敏电阻片的电位梯度和大电流通流容量均较高，可用于电力系统、高速铁路等领域的避雷器，并可明显降低避雷器的重量、体积和生产成本。本发明的技术方案一种高电位梯度氧化锌压敏电阻片，按照重量份计算，它是由下述原料粉末制成的=ZnO 86. 0 90. 0份、纳米Bi2O3 4. 0 5. 0份、纳米Sb2O3 3. 5 4. 0 份、Co3O4 1. 5 1. 8 份、NiO 0. 5 1. 0 份、MnO2 0. 5 1. 0 份、Cr2O3 0. 5 1. 0 份、 Al (NO3) 3 · 9H20 0. 01 0. 05 份、Y2O3 1. 0 2. 0 份、SiO2 0. 5 1. 0 份和 MgO 0. 3 0. 5 份。按照重量份计算，前述氧化锌压敏电阻片优选由下述原料粉末制成ZnO 500份、 纳米 Bi2O3 24. 17 份、纳米 Sb2O3 21. 87 份、Co3O4 8. 63 份、NiO 5. 18 份、MnO2 2. 88 份、 Cr2033. 45 份、Al (NO3) 3 · 9H20 0. 17 份、^O3 5. 76 份、3. 45 份和 MgO 1. 96 份。Co3O4与Co2O3都能减小氧化锌压敏电阻片的泄漏电流，提高电阻片的稳定性，但经过对比试验发现，本发明技术方案中采用Co3O4的效果要明显优于Co2O3，故选用Co304。前述高电位梯度氧化锌压敏电阻片的制备方法为按配方及比例称取各种原料粉末，然后加入去离子水在球磨机中研磨使之充分混合，经烘干过80目筛后，加入浓度为5% 聚乙烯醇水溶液(PVA)作粘结剂，干压成Φ34πιπι、厚度为25mm的生坯，缓慢升温至400°C排胶后，再升温至1100 1200°C，保温烧结浊后随炉冷却至室温，于650°C退火，烧渗银电极，即得产品。本发明所采用的是传统陶瓷烧结工艺，其烧结温度之所以选择1100 1200°C，是因为发明人在试验研究过程中发现，若进一步降低烧结温度，电阻片的电位梯度可随之升高，但对2ms方波的通流能力却大大降低，泄漏电流增大，电阻片的整体性能下降，故本发明最终选定烧结温度为1100 1200°C。虽然现有技术中公开的ZnO压敏电阻片烧结温度有略低于此温度的，但在本发明烧结温度下制得的ZnO压敏电阻片组织分布均勻，电位梯度均达到400V/mm以上，且对2ms方波吸收能量可达350J/cm2。前述制备方法中，原料粉末在球磨机中的研磨时间为20 M小时。若球磨时间过长则生产成本增加、降低效益，但球磨时间过短则原料粉末不能够充分地混合均勻，达不到最佳的使用效果。本发明人经过试验筛选，最终确定20 M小时为合适的球磨时间。用以上所述的高电位梯度氧化锌压敏电阻片制得的避雷器可用于电力系统、高速铁路、电气设备中的浪涌吸收以及过压保护。具体地说，将制得的氧化锌压敏电阻片置于电力系统、高速铁路或电气设备的避雷器中，当额定电压通过氧化锌避雷器阀片时电流很小， 相当于绝缘体。当氧化锌避雷器上的电压超过额定电压时，阀片将处于“导通”状态，将大电流通过阀片泄入大地中，其残压不会超过被保护设备的耐压。当作用电压下降到额定电压以下时，阀片将自动终止“导通”状态，恢复到绝缘体状态。因为本发明氧化锌压敏电阻片作为避雷器的核心元件，有着非常优异的非线性特性，在电压值较高的状态下，其电阻非常小，可以泄放大量雷电流，起到导通的作用；反之，在正常电压值时，电阻片的电阻很大， 处于绝缘状态。本发明制得的ZnO压敏电阻片的电位梯度为400 600V/mm ；尽管现有技术中公开的ZnO压敏电阻片的电位梯度有高于本发明的，但本发明所制得的ZnO压敏电阻片能量通流能力较传统ZnO压敏电阻片有了较大提高，2ms方波吸收能量达350J/cm2，可用于实际生产。另外，与市场上所用的氧化锌避雷器相比，本发明ZnO压敏电阻片的大电流通流容量提高了约30%;封装后的避雷器的长度由原来的1. 5m缩短为0. 9m，避雷器重量降低了近45%，体积降低约40% ；因而避雷器的生产成本自然也明显降低。与现有技术相比，本发明所用的Bi2O3和SId2O3均为纳米材料，纳米Bi2O3和纳米 Sb2O3在烧结过程中可以降低烧结温度，使组织分布均勻；因此，本发明原料粉末材料经烧结后，所制得的SiO压敏电阻片组织分布的均勻性和致密度提高，从而同时提高了 SiO压敏电阻片的电位梯度和大电流通流容量；该电阻片可广泛应用于电力系统、高速铁路、电气设备等领域的避雷器，并可明显降低避雷器的重量、体积和生产成本。
具体实施例方式本发明的实施例1 高电位梯度氧化锌压敏电阻片的制备称取下述原料粉末 Zn0500g、纳米 Bi2O3 24. 17g、纳米 Sb2O3 21. 87g、Co3O4 8. 63g、NiO 5. 18g、MnO2 2. 88g、 Cr2033. 45g、Al (NO3) 3 · 9H20 0. 17g J2O3 5. 76g, SiO2 3. 45g 和 MgO 1. 96g，然后加入适量去离子水在球磨机中研磨2 使之充分混合，经烘干过80目筛后，加入适量浓度为5%聚乙烯醇水溶液(PVA)作粘结剂，干压成Φ 34mm、厚度为25mm的生坯，缓慢升温至400°C排胶后， 再升温至1150°C，保温烧结池后随炉冷却至室温，于650°C退火，烧渗银电极，即得产品。所得ZnO压敏电阻片的电位梯度为600V/mm。本发明的实施例2 高电位梯度氧化锌压敏电阻片的制备称取下述原料粉末 Zn086g、纳米 Bi2O3 4g、纳米 SId2O3 3. 5g、Co3O4 1. 5g、NiO 0. 5g、MnO2 0. 5g、Cr2O3 0. 5g、 Al (NO3) 3 · 9H20 O-OlgJ2O3 1.0g、Si02 0 . 5g和MgO 0. 3g，然后加入适量去离子水在球磨机中研磨24h使之充分混合，经烘干过80目筛后，加入适量浓度为5%聚乙烯醇水溶液(PVA)作粘结剂，干压成Φ 34mm、厚度为25mm的生坯，缓慢升温至400°C排胶后，再升温至1100°C， 保温烧结池后随炉冷却至室温，于650°C退火，烧渗银电极，即得产品。所得ZnO压敏电阻片的电位梯度为500V/mm。本发明的实施例3 高电位梯度氧化锌压敏电阻片的制备称取下述原料粉末 Zn090g、纳米 Bi2O3 5g、纳米 SId2O3 4g,Co3O4 1. 8g、Ni0 lg、Mn02 IgXr2O3 lg、Al (NO3) 3 ·9Η20 0. 05g、Y2032g> SiO2 Ig和MgO 0. 5g，然后加入适量去离子水在球磨机中研磨20h使之充分混合，经烘干过80目筛后，加入适量浓度为5%聚乙烯醇水溶液(PVA)作粘结剂，干压成 Φ 34mm、厚度为25mm的生坯，缓慢升温至400°C排胶后，再升温至1200°C，保温烧结浊后随炉冷却至室温，于650°C退火，烧渗银电极，即得产品。所得ZnO压敏电阻片的电位梯度为 400V/mm。本发明的实施例4:高电位梯度氧化锌压敏电阻片的制备称取下述原料粉末Zn0880g、纳米 Bi2O3 45g、纳米 Sb2O3 38g、Co3O4 17g、NiO 8g、MnO2 7g、Cr2O3 8g、 Al(NO3)3 ·9Η20 0. 3g,Y203 15g,Si02 8g和MgO 4g，然后加入适量去离子水在球磨机中研磨 2 使之充分混合，经烘干过80目筛后，加入适量浓度为5%聚乙烯醇水溶液(PVA)作粘结剂，干压成Φ 34mm、厚度为25mm的生坯，缓慢升温至400°C排胶后，再升温至1180°C，保温烧结池后随炉冷却至室温，于650°C退火，烧渗银电极，即得产品。所得ZnO压敏电阻片的电位梯度为MOV/mm。本发明的实施例5 高电位梯度氧化锌压敏电阻片的应用将实施例1-4所制得的氧化锌压敏电阻片置于电力系统、高速铁路或电气设备的避雷器中，当额定电压通过氧化锌避雷器阀片时电流很小，相当于绝缘体。当氧化锌避雷器上的电压超过额定电压时，阀片将处于“导通”状态，将大电流通过阀片泄入大地中，其残压不会超过被保护设备的耐压。当作用电压下降到额定电压以下时，阀片将自动终止“导通”状态，恢复到绝缘体状态。
权利要求
1.一种高电位梯度氧化锌压敏电阻片，其特征在于按照重量份计算，它是由下述原料粉末制成的ZnO 86. 0 90. 0份、纳米Bi2O3 4. 0 5. 0份、纳米Sb2O3 3. 5 4. 0 份、Co3O4L 5 1. 8 份、NiO 0. 5 1. O 份、MnO2 0. 5 1. 0 份、Cr2O3 0. 5 1. 0 份、 Al (NO3) 3 · 9H200. 01 0. 05 份、Y2O3 1. 0 2. 0 份、SiO2 0. 5 1. 0 份和 MgO 0. 3 0. 5份。
2.根据权利要求1所述的高电位梯度氧化锌压敏电阻片，其特征在于按照重量份计算，它是由下述原料粉末制成的ZnO 500份、纳米Bi2O3 24. 17份、纳米Sb2O3 21. 87份、 Co3048. 63 份、NiO 5. 18 份、MnO2 2. 88 份、Cr2O3 3. 45 份、Al (NO3)3 ·9Η20 0. 17 份 J2O3 5. 76 份、SiA 3. 45 份和 MgO 1.96 份。
3.如权利要求1或2所述的高电位梯度氧化锌压敏电阻片的制备方法，其特征在于 按配方及比例称取各种原料粉末，然后加入去离子水在球磨机中研磨使之充分混合，经烘干过80目筛后，加入浓度为5%聚乙烯醇水溶液作粘结剂，干压成Φ34πιπι、厚度为25mm的生坯，缓慢升温至400°C排胶后，再升温至1100 1200°C，保温烧结浊后随炉冷却至室温， 于650°C退火，烧渗银电极，即得产品。
4.根据权利要求3所述的高电位梯度氧化锌压敏电阻片的制备方法，其特征在于原料粉末在球磨机中的研磨时间为20 M小时。
5.用权利要求1或2所述的高电位梯度氧化锌压敏电阻片制得的避雷器。
6.如权利要求5所述的避雷器在电力系统、高速铁路、电气设备的浪涌吸收及过压保护中的应用。
全文摘要
本发明公开了一种高电位梯度氧化锌压敏电阻片及其制法和应用，按照重量份计算，它是由下述原料粉末制成的ZnO 86.0～90.0份、纳米Bi2O3 4.0～5.0份、纳米Sb2O3 3.5～4.0份、Co3O4 1.5～1.8份、NiO 0.5～1.0份、MnO2 0.5～1.0份、Cr2O3 0.5～1.0份、Al(NO3)3·9H2O 0.01～0.05份、Y2O3 1.0～2.0份、SiO2 0.5～1.0份和MgO 0.3～0.5份。本发明所制得的ZnO压敏电阻片组织分布的均匀性和致密度提高，从而同时提高了其电位梯度和大电流通流容量，可广泛应用于电力系统、高速铁路等领域的避雷器，并可明显降低避雷器的重量、体积和生产成本。
文档编号H01C7/112GK102557610SQ201110451769
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者刘其斌, 夏昌其 申请人:贵州大学